生物化学7.脂类代谢.ppt

1、脂类代谢,脂类是脂肪和类脂的总称，是一大类不溶于水而易溶于有机溶剂的化合物。 脂肪（甘油三酯） 磷酸甘油酯 鞘磷脂 脑苷脂 鞘脂 神经节苷脂 胆固醇及其酯,磷脂,类脂,脂类,糖脂,脂类物质的生理功能, 供能贮能。 构成生物膜。 协助脂溶性维生素的吸收，提供必需脂肪酸。 必需脂肪酸是指机体需要，但自身不能合成，必须要靠食物提供的一些多烯脂肪酸，如亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸。 保护和保温作用。厚厚的脂肪有很好的缓冲和保温作用，比如蓝鲸和冬眠前的狗熊。,专题：甘油三酯代谢,脂类代谢的核心内容在于甘油三酯代谢 。 1.甘油三酯的分解代谢： 脂肪动员 脂肪酸的-氧化；甘油分解 2.甘油三酯的合成代谢：

2、脂酰CoA从头合成；3-磷酸甘油 甘油三酯,一、甘油三酯的分解代谢（以人为例） (一) 脂肪动员： 贮存于脂肪细胞中的甘油三酯在激素敏感脂肪酶（hormone sensitive tri-glyceride lipase, HSL）的催化下水解并释放出脂肪酸，供给全身各组织细胞摄取利用的过程称为脂肪动员。,激素敏感脂肪酶（HSL）是脂肪动员的关键酶。主要受共价修饰调节。,激素敏感脂肪酶,肾上腺素 去甲肾上腺素 胰高血糖素,胰岛素 前列腺素E2 烟酸,激素+膜受体腺苷酸环化酶 cAMP蛋白激酶A激素敏感脂肪酶（HSL，甘油三酯酶）甘油三酯分解,脂肪动员的基本过程,甘油三酯 激素敏感脂肪酶 脂肪酸

3、+甘油二酯 甘油二酯酶 脂肪酸+甘油一酯 甘油一酯酶 脂肪酸+甘油,脂肪动员的结果是生成三分子的自由脂肪酸（free fatty acid,FFA）和一分子的甘油。 甘油可在血液循环中自由转运，而脂肪酸进入血液循环后须与清蛋白结合成为复合体再转运。 脂肪动员生成的甘油主要转运至肝脏再磷酸化为3-磷酸甘油后进行代谢。,甘油的代谢：,脂肪动员生成的甘油，主要经血循环转运至肝脏进行代谢。 1甘油在甘油磷酸激酶的催化下，磷酸化为3-磷酸甘油： 甘油 + ATP 3-磷酸甘油 + ADP,甘油磷酸激酶,23-磷酸甘油在3-磷酸甘油脱氢酶的催化下，脱氢氧化为磷酸二羟丙酮： 3-磷酸甘油 + NAD+ 磷酸

4、二羟丙酮 + NADH + H+,3-磷酸甘油脱氢酶,(二) 脂肪酸的-氧化：,脂肪酸在体内的氧化是从羧基端碳原子开始的，碳链逐次断裂，每次产生一个二碳单位，即乙酰CoA。 Knoop(1904)利用在体内不易降解的苯基作为标记物连接在脂肪酸的甲基末端，然后喂狗或兔。结果发现，如果喂苯环标记的奇数碳原子脂肪酸，动物尿中的代谢物是苯甲酸；如果喂苯环标记的偶数原子脂肪酸，则尿中发现的是苯乙酸。,(1)偶数碳原子脂肪酸： 2n 2（n1）= 2 即苯乙酸 (1)奇数碳原子脂肪酸： ( 2n+1)2n = 1 即苯甲酸 只有脂肪酸以-氧化这种方式分解才会出现只有两种代谢终产物（苯甲酸和苯乙酸）的情况。

5、其他类型都有2种以上终产物。,脂肪酸的活化,1反应过程： (1) 活化：在线粒体外膜或内质网进行此反应过程。 R-COOH + HSCoA+ ATP R-COSCoA + AMP + PPi,脂酰CoA合成酶,(2) 进入： 在线粒体外生成的脂酰CoA需进入线粒体基质才能被氧化分解，此过程必须要由肉碱（肉毒碱）携带，借助于两种肉碱脂肪酰转移酶（酶和酶）催化的移换反应才能完成。其中肉碱脂肪酰转移酶是脂肪酸-氧化的关键酶。 HOOC-CH2-CH（OH）-CH2-N+-（CH3）3,肉碱的分子结构,细胞溶胶中形成的脂酰CoA不能透过线粒体内膜。肉碱可以携带脂酰基进入线粒体。,脂酰CoA的转运,肉脂

6、酰转移酶和是一组同工酶,(3) -氧化： -氧化过程由四个连续的酶促反应组成： 脱氢； 水化； 再脱氢； 硫解。,-氧化的反应过程,脱氢,再脱氢,水化,硫解,脂酰CoA脱氢酶,-羟脂酰CoA脱氢酶,水化酶,硫解酶,脂肪酸-氧化的特点： -氧化过程在线粒体基质内进行； -氧化为一循环反应过程，由脂肪酸氧化酶系催化，反应不可逆； 需要FAD，NAD，CoA为辅助因子； 每循环一次，生成一分子FADH2，一分子NADH，一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA。,(4) 彻底氧化： 生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解并释放出大量能量，并生成ATP。,奇数碳链脂肪酸的氧化,奇数碳链脂

7、肪酸不同于偶数碳链脂肪酸，经过氧化作用后可以全部降解为乙酰CoA,最后一轮氧化作用后生成丙酰CoA。 丙酰CoA转化为琥珀酸后进入三羧酸循环彻底降解。,2脂肪酸氧化分解时的能量释放：,由于1分子FADH2可生成1.5分子ATP，1分子NADH可生成2.5分子ATP，1分子乙酰CoA经彻底氧化分解可生成10分子ATP。以16C的软脂酸为例来计算，则生成ATP的数目为： 7次-氧化分解产生47=28分子ATP； 8分子乙酰CoA可得108=80分子ATP； 共可得108分子ATP，减去活化时消耗的两分子ATP，故软脂酸彻底氧化分解可净生成106分子ATP。,对于任一偶数碳原子的长链饱和脂肪酸，其净

8、生成的ATP数目可按下式计算： 碳原子数 碳原子数 ATP净生成数= - 1 4+ 10 - 2 2 2,不饱和脂肪酸的氧化,不饱和脂肪酸的氧化作用与饱和脂肪酸的基本相同，区别在有双键的部位不需要进行第一次脱氢作用。而是由烯脂酰CoA异构酶以一次异构化作用将顺式的烯脂酰CoA变为反式的。这样也就少生成了一分子FADH2。,不饱和脂肪酸的氧化的能量变化,由于不饱和脂肪酸在氧化时每个双键都不进行第一次脱氢作用，因而有N个双键就少生成N个FADH2，从而与相同数目碳原子饱和脂肪酸相比，要在饱和脂肪酸总的ATP生成数目中减去N1.5个ATP。,习题,1.下列哪些辅因子参与脂肪酸的氧化： （ ） A.A

9、CP B.FMN C.生物素 D.NAD+ 2. 脂肪酸活化后，氧化反复进行，不需要下列哪一种酶参与？（ ） A.脂酰CoA脱氢酶 B.羟脂酰CoA脱氢酶 C.烯脂酰CoA水合酶 D.硫激酶 3.脂肪酸进行-氧化不生成 ( ) A.H2O B.乙酰CoA C.脂酰CoA D.FADH2,脂肪酸的氧化作用,脂肪酸的氧化作用发生在脂肪酸的碳原子上，生成减少了一个碳原子的脂肪酸和一分子CO2。 意义：1、生成奇数碳链脂肪酸； 2、降解脂肪酸的甲基支链； 3、降解过长的脂肪酸。,脂肪酸的氧化作用,脂肪酸的氧化作用是指先将脂肪酸的端甲基转化为羧基，再从、两端同时进行氧化作用而降解。 意义：1、降解十二碳

10、以下的脂肪酸； 2、降解端有含氧官能团的脂肪酸,(三) 酮体的生成及利用：,脂肪酸在肝脏中氧化分解所生成的乙酰乙酸、-羟丁酸和丙酮三种中间代谢产物，统称为酮体。 CH3COCH2COOH 乙酰乙酸 CH3CH(OH)CH2COOH -羟丁酸 CH3COCH3 丙酮,1酮体的生成：,酮体主要在肝脏的线粒体中生成，其合成原料为乙酰CoA。 (1) 两分子乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶的催化下，缩合生成一分子乙酰乙酰CoA。 2 CH3COCoA CH3COCH2COCoA + HSCoA,乙酰乙酰硫解酶,(2) 乙酰乙酰CoA再与1分子乙酰CoA缩合，生成HMG-CoA。HMG-CoA合成酶是酮

11、体生成的关键酶。 CH3COCH2COCoA + CH3COCoA HOOCCH2C(OH)(CH3)CH2COSCoA + HSCoA (3) HMG-CoA裂解生成1分子乙酰乙酸和1分子乙酰CoA。 HOOCCH2C(OH)(CH3)CH2COSCoA CH3COCH2COOH + CH3COCoA,HMG-CoA合成酶,HMG-CoA裂解酶,*,(4) 乙酰乙酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下，加氢还原为-羟丁酸。 CH3COCH2COOH + NADH + H+ CH3CH(OH)CH2COOH + NAD+ (5) 乙酰乙酸也可自发脱羧生成丙酮。 CH3COCH2COOH CH3COCH3

12、+ CO2,-羟丁酸脱氢酶,2酮体的利用： 利用酮体的酶有两种，即琥珀酰CoA转硫酶（主要存在于心、肾、脑和骨骼肌细胞的线粒体中）和乙酰乙酸硫激酶（主要存在于心、肾、脑细胞线粒体中）。,酮体利用的基本过程为： (1) -羟丁酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下脱氢，生成乙酰乙酸。 CH3CH(OH)CH2COOH + NAD+ CH3COCH2COOH + NADH + H+,-羟丁酸脱氢酶,(2) 乙酰乙酸在琥珀酰CoA转硫酶或乙酰乙酸硫激酶的催化下转变为乙酰乙酰CoA。 CH3COCH2COOH + HOOCCH2CH2COCoA CH3COCH2COCoA + HOOCCH2CH2COOH CH3

13、COCH2COOH + HSCoA + ATP CH3COCH2COCoA + AMP +PPi,琥珀酰CoA转硫酶,乙酰乙酸硫激酶,(3) 乙酰乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶的催化下，裂解为两分子乙酰CoA。 CH3COCH2COCoA + HSCoA 2 CH3COCoA (4) 生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解。,乙酰乙酰CoA硫解酶,心、肾、脑、骨骼肌细胞,心、肾、脑细胞,当由琥珀酰CoA转硫酶催化进行氧化利用时，乙酰乙酸可净生成24分子ATP，-羟丁酸可净生成27分子ATP；而由乙酰乙酸硫激酶催化进行氧化利用时，乙酰乙酸则可净生成22分子ATP， -羟丁酸可净生成25分子

14、ATP 。,3酮体生成及利用的生理意义：,(1) 在正常情况下，酮体是肝脏输出能源的一种形式； (2) 在饥饿或疾病情况下，为心、脑等重要器官提供必要的能源。,乙醛酸循环,乙醛酸循环可将2分子乙酰CoA合成为1分子琥珀酸，因有中间产物乙醛酸生成故得名。 该循环主要在细菌、藻类和萌发的油料种子中进行。动物和人类细胞中没有乙醛酸体。某些植物和微生物有乙醛酸体。乙醛酸循环中的两个关键酶异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶。 该循环的历程如下图：,乙醛酸循环的生理意义,1、对油料种子而言，乙醛酸循环可以为糖异生提供原料，从而在没有光合作用的情况下合成碳源和能源。 2、对细菌和藻类而言，乙醛酸循环可使其利用乙酸

15、盐为碳源和能源。 3、是连接糖代谢和脂代谢的枢纽。,油料种子萌发时脂肪转化为糖过程,习题,1.下列关于乙醛酸循环的论述不正确的是（ ） A . 它对于以乙酸为唯一碳源的微生物是必要的； B. 它存在于油料种子萌发时形成的乙醛酸循环体中； C. 乙醛酸循环主要的生理功能就是从乙酰CoA合成三羧酸循环的中间产物； D. 动物体内不存在乙醛酸循环，因此不能利用乙酰CoA为糖异生提供原料。,二、甘油三酯的合成代谢,在人体中肝脏、小肠和脂肪组织是主要的合成脂肪的组织器官，其合成的亚细胞部位主要在胞液。,(一) 脂肪酸的合成：,脂肪酸合成的原料是葡萄糖氧化分解后产生的乙酰CoA。 其合成过程由细胞溶胶中的

16、脂肪酸合成酶系催化。 脂肪酸合成的直接产物是软脂酸。,1乙酰CoA转运出线粒体：,经柠檬酸-丙酮酸穿梭作用将线粒体内生成的乙酰CoA运至胞液。,2丙二酸单酰CoA的合成：,在乙酰CoA羧化酶的催化下，将乙酰CoA羧化为丙二酸单酰CoA。乙酰CoA羧化酶受柠檬酸和异柠檬酸的变构激活，受长链脂酰CoA的变构抑制。 CH3COSCoA + HCO3- + H+ + ATP HOOC-CH2-COSCoA + ADP + Pi,乙酰CoA羧化酶 （生物素）,*,3脂肪酸合成循环：,脂肪酸合成时碳链的缩合延长过程是一循环反应过程。每经过一次循环反应，延长两个碳原子。合成反应由脂肪酸合成酶系催化。 在低等

17、生物中，脂肪酸合成酶系是一种由1分子脂酰基载体蛋白（ACP）和7种酶单体所构成的多酶复合体；但在高等动物中，则是由一条多肽链构成的多功能酶，通常以二聚体形式存在，每个亚基都含有一ACP结构域。,原核生物脂肪酸合成酶系,脂肪酸合酶系统（FAS）,脂肪酸合酶系统（FAS）是一个多酶复合体，它包括以下六种酶：1、乙酰CoA:ACP转移酶；2、丙二酰单酰CoA:ACP转移酶；3、 酮脂酰ACP合酶；4 、 酮脂酰ACP还原酶；5、 羟脂酰ACP脱水酶；6、烯脂酰ACP还原酶。,脂肪酸合成循环,4软脂酸的碳链延长和不饱和脂肪酸的生成：,此过程在线粒体/微粒体内进行。使用丙二酸单酰CoA与软脂酰CoA缩合

18、，使碳链延长，最长可达二十四碳。不饱和键由脂类加氧酶系催化形成。,脂酰基水解,中央巯基上的脂酰基延长到一定程度（一般不超过16碳）后，在硫酯酶的作用下，ACP上的脂酰基被转移到CoA上，形成游离脂肪酸，或直接合成磷脂酸。,脂肪酸合成的特点： 合成所需原料为乙酰CoA，直接生成的产物是软脂酸，合成一分子软脂酸，需七分子丙二酸单酰CoA和一分子乙酰CoA，生成7分子CO2； 在细胞溶胶中进行，关键酶是乙酰CoA羧化酶； 合成为一耗能过程，每合成一分子软脂酸，需消耗23分子ATP（16分子用于转运，7分子用于活化）； 需NADPH作为供氢体，消耗14分子NADPH，对糖的磷酸戊糖旁路有依赖性。,甘油三酯的生成